重庆西站施工及预应力关键技术

作者:李宁 董洁
单位:天津大学建筑工程学院 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室(天津大学) 山西四建集团有限公司
摘要:重庆西站主体结构为混凝土结构,上部结构为钢结构。站房屋盖主结构采用正交空间管桁架结构体系,跨度大、矢高高;无站台柱雨篷位于高架站房南北两侧对称布置,采用清水预应力混凝土结构。基于本工程结构施工难度大、安装困难、施工组织管理难度高的特点,详细介绍其施工组织部署及预应力关键技术等。
关键词:高铁站站房混凝土安装施工组织预应力施工技术
作者简介:李宁,教授,博士生导师,E-mail:neallee@tju.edu.cn;董洁,工程师,E-mail:767240483@qq.com。
基金:国家重点研发计划(2018YFC1504306;2016YFC0701108);国家自然科学基金面上项目(51678407)。 -页码-:34-39

1 工程概况

   重庆西站是渝黔铁路重庆枢纽的新建车站,位于重庆市沙坝区,是在既有重庆东站的站址上建设,建成后车站衔接昆明、贵阳、长沙、成都、郑州及西安方向,是集城市轨道、公交、长途、出租和社会车辆等为一体的客运综合交通枢纽。车站站房建筑面积119 944m2,高度38.4m,主体为3层,地上2层,地下1层(不包括设备办公夹层),主体结构为混凝土结构,上部结构为钢结构,其中站房屋盖主结构采用正交空间管桁架结构体系,屋盖结构横轨方向长417.3m,顺轨向宽266.88m,屋盖呈弧线形,矢高13.5m;新建无柱雨篷8.11万m2,为地上1层结构,最高点标高8.600m,最低点标高8.100m,采用清水预应力混凝土结构体系。重庆西站规划效果如图1所示。

2 工程重点、难点分析

2.1 施工干扰因素多

2.1.1 施工交叉干扰

   1)站房与站场交叉站场工程主要包括征地拆迁、三电迁改,站场土石方、路基、桥梁、铺架及四电工程。由于站场、站房位置重叠、集中,施工场地狭小,无法满足施工所需的临时设施,施工顺序也将制约着工程推进。

图1 重庆西站规划效果

   图1 重庆西站规划效果  

    

   2)站房与市政配套项目交叉连接站房外部涉及地方配套路桥工程,紧邻东侧站房为市政广场工程。本工程开工后,东广场及地下换乘中心的建设也会及时跟进,将严重影响站房建设施工道路通行,且抢占站房临时用地资源,很大程度上制约站房工程施工进度。由于重庆西站周边市政路桥工程尚处于可研阶段,当站房高架桥施工完成时,与其连接的市政路桥接口尚未形成,当市政工程与站房工程的大量施工机具、车辆和材料进场后,现场道路将无法满足施工要求。

2.1.2 既有线施工安全风险大

   本工程既有线施工点多、面广,施工过程中既要对塔式起重机吊装作业进行防护,防止其对运行列车造成损害;还要确保深基坑作业时临近既有线边坡的绝对安全,避免路基下沉影响列车正常运营。

2.1.3 站房工程接口协调项目多

   本工程主要与市政配套工程、地铁、站前工程、四电安装等施工存在接口工程。站房工程与四电接口及设备安装衔接密切,相互穿插施工。既要保证四电及设备安装施工,又要为装饰装修、机电安装工程创造条件、减少影响。

2.2 施工组织管理难度大

   本工程体量大,专业多,受既有线和其他单位施工影响,现场作业面和道路对施工进度的制约日益严重。根据施工总进度计划的安排,本工程施工高峰期临近夏季,由于重庆地区夏季高温且多雨,施工效率将大大降低,若各阶段施工未能严格按照计划进行,施工进度必将严重滞后,工期压力大。雨篷柱及屋面均为清水混凝土结构,且边角均为圆弧角。从模板选用、加工和支设到混凝土材料控制、浇筑、振捣、养护和成品保护均比常规施工更复杂,精度要求更高。东站房正立面造型复杂,多为弧形半隐框玻璃幕墙和曲面铝单板幕墙,而南、北面倾斜半隐框玻璃幕墙、扇形面幕墙基本由弧形、曲面、倾斜和扇形等组成。幕墙材料放样下料及放线安装均对施工质量提出更高要求。在正式施工前,需做好充分准备,完成相关专题施工方案及样板制作工程,确保工程整体施工质量及预期达到的效果,因此对施工组织管理要求高。

2.3 站房雨篷预应力施工难度大

   无站台柱雨篷位于高架站房,南北两侧对称布置,单侧平行股道方向长度为119m,垂直股道方向宽度为339.65m,雨篷结构最低点距离轨面12.50m,最高点标高8.600m,最低点标高8.100m,屋面面积8.11万m2,采用预应力清水混凝土结构体系。超高大跨度预应力清水混凝土结构体系对模板设计、施工及合理安排混凝土浇筑顺序都有较高要求 [1],施工难度较大。

3 施工协调

   为将施工过程中干扰因素的影响降至最低,采取措施如下。

   1)联系建设单位指挥部、监理单位及其他施工单位共同划定施工范围及组织顺序,合理安排施工组织方案。

   2)积极联系重庆市相关部门,提前做好施工协调,铺设临时施工道桥,以确保工程顺利开展,如期竣工。

   3)施工前需充分协调好与各站段、单位、部门之间关系,取得相关各方面支持,加强施工中的配合,同时对施工中的临时设施、构件运输、现场堆放、工种交叉、施工要点、安全措施等充分考虑,并制定相应的应急方案及对策。

   4)联系建设单位指挥部、设计、监理单位及其他施工单位,协调各专业施工单位间的施工配合,重点做好工程两端接口单位的配合等。

4 施工部署

4.1 施工区段划分

   根据施工总体安排,进行施工区段划分,如图2所示。总体工程分2期建设:一、二期分界线为○OT轴。东站房施工分3个区(A1,A2,A3区):东站房及(1)~(12)/?~?轴高架候车厅、地下城市通廊,投影面积16 850m2;施工B1~B9区:(3)~(10)/~○Y12轴高架候车厅、轨行层、地下城市通廊(既有线以东一期部分),投影面积35 230m2;施工C区:(3)~(10)/○Y12~○Y21轴高架候车厅、轨行层、地下城市通廊(既有线以西二期部分),投影面积26 300m2;施工D区:南、北广场高架平台(既有线以东一期部分),投影面积11 530m2;施工E区:南、北广场高架平台(既有线以西二期部分),投影面积8 320m2;施工F区:南、北站台无柱雨篷及站台(既有线以东一期部分),投影面积46 920m2;施工G区,包含远期预留:南、北站台无柱雨篷及站台(既有线以西二期部分)北无站台柱雨篷及站台,投影面积31 180m2

图2 施工区段划分

   图2 施工区段划分  

    

4.2 施工流水段

   基础、主体施工按流水段全面展开,装修、安装采取平行、立体交叉式施工;各专业细化为桩基、土方、结构、防水、钢结构制作、钢结构安装、屋面板安装、室内装饰、室外装饰、给排水、通风与空调、电气、消防通信信号、信息等施工专业。

   根据流水段施工时间的先后顺序,各专业分别组织流水或交叉施工。桩基完成后,开始土方施工,钢筋混凝土框架结构按照先主体后装修、安装,先内后外的顺序组织施工,钢结构构件加工按设计图纸分单元构件在加工车间进行,现场选择合理的场地硬化地面,安装拼装设备,单元构件加工完毕运至现场组拼后,安装就位,水电、消防、钢结构根据主体工程施工进度配套施工预留预埋,站台工程及其他配套工程具备条件后及时插入,确保如期交付使用。

4.3 施工顺序

   站房总体施工顺序为从中间向两边施工,东站房根据标高逐层施工;高架候车区依次施工出站层底板、站台层、高架层(不含夹层)、站房钢桁架屋盖、商业夹层及设备屋面,站房屋面檩条及屋面板由西向东施工;雨篷由西向东施工,由站房远端向站房侧依次推进施工,屋盖钢桁架在高架站房南北两侧场地拼装,整体吊装完成后插入。整体施工流程如图3所示,站房施工顺序如图4所示,出站通道、承台施工如图5所示,土方回填、压实、高支模用垫层施工及支撑架搭设如图6所示,屋面钢桁架提升施工如图7所示。

5 预应力清水混凝土施工技术

5.1 质量标准

   1)严格按规范要求做好千斤顶张拉设备的校准标定工作,避免超张拉事故。

   2)严格按规范规定和操作规程进行预应力张拉过程控制,避免张拉及人身安全事故。

   3)张拉力和张拉伸长量满足规范和检验评定标准要求,无断丝、滑丝质量问题。

图3 整体施工流程

   图3 整体施工流程  

    

图4 站房施工顺序

   图4 站房施工顺序 

    

图5 出站通道、承台施工

   图5 出站通道、承台施工 

    

图6 垫层施工及支撑架搭设

   图6 垫层施工及支撑架搭设 

    

   4)张拉过程与张拉后无锚下混凝土崩裂、塌陷、梁体侧弯超标质量问题。

   5)管道压浆饱满无空洞,避免预应力筋锈蚀的质量问题。

5.2 质量检验评定标准

   1)预应力筋各项技术性能必须符合国家现形标准规定和设计要求。

图7 屋面钢桁架提升施工

   图7 屋面钢桁架提升施工 

    

   2)预应力束中的钢丝、钢绞线应梳理顺直,不得有缠绞、扭麻花现象,表面不得有损伤。

   3)单根钢绞线不允许断丝,预应力钢筋不允许有断筋或滑移现象。

   4)同一断丝预应力筋接头面积不超过预应力筋总面积的25%,接头质量应满足施工技术规范要求。

   5)预应力筋张拉或放张时,混凝土强度和龄期必须符合设计要求,并严格按设计规定的张拉顺序操作。

   6)制孔管道应安装牢固、接头密合、弯曲圆顺,不得有歪斜或破裂现象。

   7)千斤顶、油表、钢尺等器具应检验校正。

   8)锚具、夹片和连接器应符合设计要求,并按施工技术规范要求经检验合格后方可使用。

   9)孔道压浆的水泥浆性能和强度应符合施工技术规范要求,压浆时排气孔应有水泥原浆溢出方可封闭;预应力孔道压浆工作在5℃以下进行,应采取防冻或保温措施;应按设计要求浇筑封锚混凝土。

5.3 允许偏差及验收方法(见表1)

   预应力结构构件的检查按施工段划分检验批,预应力钢材进场后应立即按供货组批进行抽样检验,每批应由同一牌号、同一规格、同一生产工艺制度的钢绞线组成,每批重≤60t,钢绞线外观质量和尺寸偏差的主控项目和一般项目必须符合GB/T5524—2014《预应力混凝土用钢绞线》相关规定,同时还要符合工程标准要求。预应力线形位移允许偏差为15mm,钢绞线伸长值允许偏差为与计算理论值相差±6%。

5.4 施工工艺流程

5.4.1 板内无粘结预应力

   施工工艺流程如图8所示。

图8 板内无粘结预应力施工工艺流程

   图8 板内无粘结预应力施工工艺流程  

    

   无粘结预应力筋布设技术要点如下。

   1)铺设无粘结预应力筋时,可将1~2束预应力筋打开后从固定端穿入并从张拉端穿出,两端张拉预应力筋可从任意一端穿入,全部穿完后再按规定数量将预应力筋绑扎成捆单端张拉预应力筋,穿束前应先套好螺旋筋,螺旋筋贴紧承压板,穿完预应力筋后应将其在每个支撑点处用铁丝绑扎固定,并在张拉端位置安装螺旋筋及承压垫板。

   2)预应力筋沿板底筋直线布设,预应力筋与板底钢筋应绑扎牢靠。

   3)穿筋时注意不要损伤无粘结筋外皮,如有破损应利用密封胶带缠绕。

   4)安装预应力筋张拉端承压垫板时,应注意使预应力筋和承压垫板垂直。

   5)应力张拉端锚具不能凸出结构边缘,需在张拉端处安装塑料穴模,塑料穴模应与结构端模和承压垫板贴紧。无粘结预应力筋锚固端节点如图9所示。

   表1 允许偏差及验收方法   

表1 允许偏差及验收方法
图9 锚固端节点大样

   图9 锚固端节点大样 

    

5.4.2 梁内有粘结预应力

   施工工艺流程如图10所示。

图1 0 梁内有粘结预应力施工工艺流程

   图1 0 梁内有粘结预应力施工工艺流程  

    

   有粘结预应力筋布设技术要点如下。

   1)布筋原则根据流水施工段顺序,预应力适时穿插布筋。预应力布筋前,应在梁箍筋上根据预应力筋曲线控制点图绑扎支撑点,先从梁一端穿入波纹管,边穿边用连接套管连接,连接套管两端应用粘胶带缠绕密实;波纹管就位后按图纸要求将规定数量钢绞线单根或成束从波纹管一端穿入并从另一端穿出,穿筋时不要戳伤波纹管,在每个支撑点处用绑丝绑扎固定。

   2)布筋技术要点波纹管拼装时,取大于主管3mm波纹管作连接头,接头长度取200~250mm,管接口利用宽胶带密封,以防接口漏浆。波纹管在孔道端部与预埋垫板喇叭管相接,接缝处应密封以防漏浆,如图11所示。锚垫板上设有灌浆兼排气孔,单端张拉排气孔设在固定端端部,曲线孔道在每一跨的波峰位置设1排气孔,如图12所示。

   有粘结预应力筋固定端波纹管端部管壁与管内预应力筋空隙用棉纱塞紧密封,预应力筋铺放前,应逐根检查波纹管曲线、矢高、反弯点位置及高度,检查支撑高度及支点是否绑牢,波纹管与马凳利用扎丝绑牢,以防浇筑混凝土时波纹管位置上偏或上浮,波纹管破损处应用防水胶带缠绕修补。波纹管安装过程中,尽量避免反复弯曲波纹管,以防管壁破裂并防止电焊火花烧伤管壁。

图1 1 波纹管连接及设置灌浆孔节点大样

   图1 1 波纹管连接及设置灌浆孔节点大样  

    

图1 2 灌浆孔留设

   图1 2 灌浆孔留设  

    

5.4.3 节点安装

   板内无粘结预应力节点组装构造如图13所示,梁内有粘结预应力节点安装如图14所示。

图1 3 板内无粘结预应力节点组装构造

   图1 3 板内无粘结预应力节点组装构造  

    

图1 4 梁内有粘结预应力节点组装构造

   图1 4 梁内有粘结预应力节点组装构造  

    

5.4.4 预应力筋张拉锚固

   1)张拉时间混凝土达到设计要求的张拉强度并经监理确认后方可进行预应力筋张拉,具体张拉时间按土建施工进度要求进行,张拉时的混凝土强度应有书面试压强度报告单,本工程预应力梁混凝土强度等级为C40,当混凝土强度达到设计强度的100%时方可张拉预应力束。

   2)张拉顺序预应力整体先张拉板内无粘结预应力筋,再张拉梁内有粘结预应力筋。板内无粘结预应力筋逐段逐次张拉,即每段楼板混凝土达到设计强度后即可张拉每段预应力筋,每段由中间向两边对称张拉;雨篷部分有粘结预应力梁逐段逐次对称张拉,即每段梁混凝土达到设计强度后即可张拉每段预应力筋,每根梁张拉时采取对称张拉方式,每区段预应力梁由中间向两边对称张拉,张拉顺序如图15所示。张拉顺序本着受力合理、对称、施工方便的原则。高架区张拉顺序如图16所示。

图1 5 梁、板张拉顺序

   图1 5 梁、板张拉顺序 

    

图1 6 高架区张拉顺序

   图1 6 高架区张拉顺序 

    

   3)张拉程序无粘结预应力筋为0→100%σcon锚固;有粘结预应力筋为0→10%σcon→100%σcon锚固。张拉前可拆除大梁侧模,以减少模板大梁弹性压缩的影响,梁底模及支撑严禁张拉前拆除。

5.4.5 预应力筋伸长值计算

   张拉前应按设计图纸及有关规范标准对各型号预应力筋理论伸长值进行计算,并报监理审核确认。理论伸长值计算是否准确与预应力筋弹性模量取值有关,进行钢绞线进场抽检复试时,应要求实验室对其弹性模量进行准确量测,预应力筋的理论伸长值计算公式如下。

    

   式中:Fj为预应力筋张拉端拉力(N);LT为张拉端至计算截面孔道长度;Ap为预应力筋截面面积,取140mm2;Es为预应力筋实测弹性模量,Es=1.95×105MPa;k为孔道每米局部偏差摩擦系数,k=0.001 5;μ为预应力筋与孔道壁摩擦系数,μ=0.25;θ为张拉端至计算截面曲线孔道部分切线夹角。

6 结语

   重庆西站工程通过先进科学合理的施工组织管理和关键施工技术运用,顺利完成主体和超高大跨预应力清水混凝土雨篷的施工,实现质量、工期、安全、成本等各项建设目标,取得良好的经济效益和社会效益,为助力我国铁路发展做出较大贡献。

    

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[6]王丽军,高志平,张晓杰,等.后张法预应力筋理论伸长值计算[J].公路,2019(6):101-103.
Construction and Prestress Key Technology of Chongqing West Railway Station
LI Ning DONG Jie
(School of Civil Engineering,Tianjin University Key Laboratory of Coast Civil Engineering Structures Safety,Ministry of Education Key Laboratory of Earthquake Engineering Simulation and Seismic Resilience of China Earthquake Administration (Tianjin University) Shanxi Sijian Group Co.,Ltd.)
Abstract: The main structure of Chongqing West Railway Station is concrete structure and the superstructure is steel structure. The main structure of the station building is orthogonal space tube truss system with large span and high vector. Awning without column is arranged symmetrically on the north and south sides of the elevated station house. Based on the characteristics of the construction difficulty,installation difficulty and construction organization and management difficulty of this project structure,this paper introduces the construction organization and deployment and key construction technologies of prestress in detail.
Keywords: high-speed railway station; station building; concrete; installation; construction organization prestress; construction
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